Le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Lagonegro-Sorgato Le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Parlando di reti di elaboratori si intende un insieme di elaboratori collegati tra di loro; più

precisamente una rete sarà formata da un insieme di “nodi” e da archi di collegamento. Affinché un

insieme di nodi (di elaboratori) possano comunicare tra di loro è necessario che tali nodi siano

collegati. I collegamenti possono essere effettuati in molti modi differenti.

Il modo più semplice per collegare due nodi è quello di utilizzare un cavo su cui inviare segnali. In

pratica, si utilizzano vari tipi di cavi, dai comuni cavi di rame o telefonici a cavi basati su tecnologie

di trasmissione più sofisticate come i cavi coassiali o le fibre ottiche.

Un primo aspetto importante concernente la possibilità di comunicazione tra due elaboratori

attraverso un cavo (canale) è la definizione di “protocolli di comunicazione” o (“ protocolli di

scambio di dati”). Affinché la comunicazione possa avvenire in modo corretto si devono cioè

definire delle regole che governino in modo preciso ogni scambio di informazioni. Si pensi, in

particolare, che in alcuni casi si ha la necessità di far comunicare elaboratori di tipo differente (con

struttura hardware differente o che usano diversi sistemi per la codifica delle informazioni). Si

devono quindi stabilire in modo preciso le regole di comunicazione, ad esempio:

• A quale velocità (ritmo) avviene l’invio di byte;

• Quali segnali convenzionali indicano l’inizio e la fine di una trasmissione (o anche quali

segnali indicano la disponibilità a trasmettere o a ricevere);

• Quali tecniche si usano per la verifica della correttezza dei messaggi;

• Quale segnale convenzionale indica la corretta ricezione di un messaggio.

Tutte tali regole e convenzioni devono essere stabilite a priori, altrimenti ogni tentativo di

comunicare porterebbe solamente a confusione.

Esistono oggi vari modelli per la comunicazione tra elaboratori e tali modelli definiscono ben

precisi protocolli di comunicazione. Uno di tali modelli, il modello ISO-OSI (definito nel 1978

dalla International Standards Organization) si sta oggi diffondendo come un protocollo standard

usato da diversi livelli, ognuno dei quali definisce dei ben precisi servizi per la comunicazione in

rete tra nodi.

Il collegamento fisico tra due nodi (ossia la presenza di un cavo per l’effettivo scambio di

informazione tra i nodi) non è tuttavia sempre possibile. In primo luogo, in alcuni casi non è

economico fare in modo che ogni coppia di nodi sia collegata da un cavo; in altri casi la distanza

tra i nodi impedisce la possibilità di un collegamento fisico.

Nel primo caso l’idea è che la comunicazione può avvenire anche se due nodi non sono collegati in

modo diretto: sarà sufficiente utilizzare un terzo nodo, collegato a primi due e fere in modo che il

messaggio transiti da tale terzo nodo. Ciò richiede ovviamente il fatto che i protocolli di

comunicazione prevedano anche che un nodo possa smistare messaggi per conto terzi.

Più critico è il secondo caso in cui la distanza impedisce ogni forma di collegamento fisico dedicato

per la comunicazione. Si pensi ad esempio di voler collegare un elaboratore che si trova a Torino

con uno che si trova a San Francisco negli Stati Uniti; ovviamente non si può pensare di avere un

cavo o anche di passare da un terzo nodo (o da altri nodi intermedi) con collegamenti dedicati.

L’idea in questo caso è quella di utilizzare per la comunicazione tra calcolatori gli usuali mezzi di

comunicazione a distanza, quali il collegamento telefonico o il collegamento via satellite.

Un problema nell’uso di mezzi di comunicazione convenzionali è che essi in generale non

utilizzano lo stesso schema di codifica e trasmissione delle informazioni usate all’interno dei

calcolatori. Questo è il caso, in particolare, delle linee telefoniche. In tali linee le informazioni (il

segnale vocale) viene trasmesso in forma analogica, ossia sotto forma di onda elettromagnetica

(sinusoidale) continua in cui le variazioni di frequenza (e/o di ampiezza) indicano variazioni di

segnale. Vi è in tal caso uno spettro di frequenze possibili, corrispondenti a infiniti diversi segnali

che si possono inviare. Nel caso dei sistemi di elaborazione la trasmissione avviene in forma

digitale, ossia vi sono solo due possibili segnali che devono essere trasmessi, corrispondenti ai due

possibili stati di una unità di informazione (il bit). Si ha quindi la differenza tra un sistema discreto

(due soli messaggi possibili) e un sistema continuo (basato su infinite frequenze possibili); affinché

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un segnale digitale possa essere trasmesso su una linea telefonica è quindi necessario effettuare

delle conversioni.

Esistono dei dispositivi particolari chiamati MODEM (MODulatore DEModulatore) che si

occupano di tale conversione. Nella comunicazione via linea telefonica a distanza tra due

elaboratori si usano due MODEM: il MODEM presso l’elaboratore che trasmette esegue la

conversione da digitale ad analogico del segnale; il MODEM presso l’elaboratore che riceve esegue

la conversione da analogico a digitale del messaggio ricevuto. Ovviamente è necessario aver

definito un ben preciso protocollo affinché la comunicazione avvenga correttamente.

Tecnicamente esistono vari modi in cui è possibile effettuare la conversione. I MODEM attuali

trasmettono un segnale fisso costante detto “segnale portante” e codificano l’informazione digitale

mediante opportune variazioni di tale segnale portante (modulazioni). In particolare, si può pensare

che la trasmissione di un segnale “0” corrisponda al semplice segnale portante mentre la

trasmissione di un segnale “1” possa essere effettuata variando la frequenza (modulazione di

frequenza) oppure variando l’ampiezza (modulazione di ampiezza) oppure ancora variando la fase

(modulazione di fase) del segnale portante.

Un altro aspetto fondamentale del collegamento tra due nodi è la distinzione tra il collegamento con

linea dedicata e quello con linea commutata. La differenza fondamentale è il fatto che nel primo

caso, dati due nodi A e B, si ha una linea di collegamento esclusivamente dedicata alla loro

comunicazione (ossia una linea permanente tra A e B non usabile da nessun altro e sempre

disponibile per la loro comunicazione); nel secondo caso l’idea è di avere un insieme di circuiti di

comunicazione e creare un collegamento tra due nodi nel momento in cui serve per la loro

comunicazione (tale scelta è simile a quella delle linee telefoniche convenzionali). La prima scelta

permette una comunicazione più efficiente e inoltre è sempre disponibile; tuttavia il costo risulta

estremamente alto (tale scelta viene fatta nel caso di due nodi che comunicano pesantemente e

frequentemente); nel secondo caso si possono avere problemi di conflitti di comunicazioni e in

alcuni casi la comunicazione può dover essere ritardata se non vi sono linee (collegamenti)

disponibili.

Nel caso di linee commutate può essere interessante avere la possibilità di utilizzare una stessa linea

per più comunicazioni simultanee. In questo modo, infatti, si diminuisce la probabilità che una

comunicazione debba essere ritardata in quanto non vi sono linee disponibili per collegare due nodi.

Il multiplexing è una tecnica per fare in modo che una linea (canale di comunicazione) possa essere

divisa in più sotto-canali di comunicazione per trasmettere contemporaneamente e

indipendentemente più segnali. In alcuni casi la suddivisione è fisica: ossia ogni cavo è formato da

un certo numero di cavi usabili indipendentemente (questo è il caso delle linee telefoniche); in altri

casi la condivisione è logica e si usano tecniche di suddivisione della frequenza o del tempo di

trasmissione per condividere un unico canale fisico.

Oltre a questo, esistono due possibili modi di comunicazione: la comunicazione seriale e quella

parallela. Nel caso della trasmissione seriale, i bit vengono trasmessi sequenzialmente lungo il

canale di comunicazione; in altri termini, viene inviato un segnale binario alla volta e gli otto bit di

un carattere vengono quindi trasmessi uno dopo l’altro. Nel caso di trasmissione parallela, si

possono trasmettere simultaneamente più segnali (in seguito a multiplexing fisico o logico). Ad

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esempio, usando un cavo con otto fili si possono trasmettere simultaneamente gli otto bit di un

carattere. E’ opportuno fare alcune precisazioni riguardanti la modalità di comunicazione (scambio

di informazione) tra due nodi.

Un messaggio è formato da una sequenza di byte; ogni byte è formato da otto bit che corrispondono

a otto segnali da trasmettere. In alcuni casi oltre agli otto bit ne vengono trasmessi anche altri per il

controllo di errori. Può infatti capitare, in una comunicazione tra nodi che vi siano errori di

trasmissione o interferenze (si pensi ad esempio alla possibilità di interferenze su linee telefoniche).

In questo modo messaggio inviato può risultare alterato (si noti che anche la sola alterazione di un

bit in un messaggio di molte migliaia di byte può creare seri problemi; se, ad esempio, si stava

trasmettendo un programma si ha che l’alterazione di un solo bit rende il programma non

eseguibile.

Si deve quindi avere un modo per cercare di accorgersi se vi sono stati errori di trasmissione e per

cercare di ovviare a tali errori. Una tecnica utilizzata comunemente è quella del controllo di parità.

In tal caso, per ogni byte trasmesso, oltre agli 8 bit ne viene trasmesso uno aggiuntivo: il bit

aggiuntivo vale 0 se gli 8 bit contengono un numero pari di 1, vale 1 altrimenti. In ricezione si

ricevono gli 8 bit del messaggio e il bit di parità spedito dal mittente. A partire dagli 8 bit ricevuti si

calcola un nuovo bit di parità con le stesse regole enunciate in precedenza e si confronta tale valore

con quello ricevuto. Se i valori sono diversi allora vi è stato un errore di trasmissione (un bit è

arrivato alterato rispetto a come era partito in quanto è cambiata la parità del numero di 1).

Ad esempio, supponiamo che il messaggio trasmesso sia 10010010 bit di parità 1 e quello ricevuto

sia 11010010 in tal caso il bit di parità calcolato dal ricevente è 0, che è diverso da quello ricevuto

e, in effetti, un bit è stato alterato nella comunicazione.

Questa tecnica è solo parzialmente affidabile in quanto non è in grado di riconoscere la presenza di

due errori di trasmissione: se infatti due bit vengono modificati la parità dei bit con valore 1 rimane

inalterata. Ad esempio, supponiamo, nel caso precedente, che il messaggio ricevuto sia 11110010 in

tal caso il bit di parità calcolato è 1 ed è uguale a quello ricevuto ma il messaggio è diverso da

quello originariamente spedito. Tuttavia, la probabilità di un errore di trasmissione è bassa per cui la

probabilità di due errori nella trasmissione di un singolo byte è trascurabile.

TOPOLOGIE DI RETI DI COMUNICAZIONE

Un aspetto fondamentale riguardante le reti è la scelta della topologia della rete. Il problema che si

vuole risolvere è il seguente: dato un insieme di N nodi che devono essere collegati, quali

collegamenti fisici realizzare (ossia quanti e quali cavi utilizzare e come disporli per connettere i

nodi)? Vi sono molte scelte possibili e nel fare la scelta si devono tenere in considerazione per lo

meno i seguenti fattori:

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• Economicità: si vuole cioè che il costo della rete non sia troppo elevato; questo significa

che poiché il costo è legato al numero e alla lunghezza delle connessioni, si vuole fare in

modo che il numero di connessioni (e la loro lunghezza) non sia troppo alto.

• Velocità di comunicazione: si vuole cioè che dati due nodi qualsiasi all’interno della rete, la